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Antientzündliche Wirkungen der Flavonoide

Prof. Dr. Peter StehleDr. Sarah Egert, Dr. Sabine Ellinger

Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften

Ernährungsphysiologie

Flavonoide• Untergruppe der Polyphenole: 6 Hauptklassen;

Nutritive Aufnahme insg.: ca. 25 mg/d

Watzl & Leitzmann

Sulfide

Polyphenole

Monoterpene

Lignane

Carotinoide

Phytinsäure

GlucosinolatePhytosterine

Wirkungen von sekundären Pflanzenstoffen in vitro

Antikarzinogen x x x x x x x x Antimikrobiell x x x xAntioxidativ x x x x xAntithrombotisch x x Antiinflammatorisch x xImmunmodulierend x x x xCholesterin-senkend x x x xBlutdruck-regulierend x x Blutglukose-regulierend x x

Antiinflammatorische Wirkung von Flavonoiden in vivo – Forschungsansätze

Tiermodelle

• Ischämie/Reperfusion

• Chronisch entzündliche Darmerkrankungen

Humanstudien – Prävention

• „low grade“ chronische Inflammation (z.B. Übergewicht; Metabolisches Syndrom)

• Raucher

Humanstudien – Therapie

• Rheumatoide Arthritis

• ….

Inflammation - BiomarkerExtra-/intrazelluläre Konzentrationen von

• Cytokinen (Interleukine)

• Mediatoren (TNFα)

• CRP

• Eicosanoiden (Leukotrienen)

• …..

Indirekt:

• Freisetzung von Radikalen - Endothelfunktion

• Immunkompetente Zellen - Zelldifferenzierung

• Beeinflusung antiinflammatorischer Gene

Intervention mit Flavonoiden -Beispiele

Quercetin

Catechine aus (Grün)Tee

Experimentelle Studien

Chemische Struktur von Quercetin

Flavonol (3, 5, 7, 3’ ,4’-Pentahydroxyflavon)

Vorkommen in der Nahrung vor allem als Glycosid

Bsp.: Isoquercitrin (Quercetin-3-O-Glucosid)Rutin (Quercetin-3-O-Glucorhamnosid = Quercetin-3-O-rutinosid)

Zucker:GlucoseRhamnoseGalactoseXylose ArabinoseRutinose u.a.

OH

2

3

O

4

Rivera et al. 2008, Obesity 16: 2081-87

Tiermodellstudie mit „obese Zucker rats“Modelltier für Metabolisches Syndrom

10-wöchige Quercetingabe (2 oder 10 mg/kg KG) oder „Placebo“

C, Placebo; Q2, 2 mg/kg KG; Q10, 10 mg/kg KG

Anti-inflammatorischer Effekt unter hoher Quercetingabe (10 mg/kg KG): Adiponectin; TNF-α

Boesch-Saadatmandi et al. 2009; Br J Nutr. 101(10):1440-3

Tiermodellstudie mit transgenen Mäusen

-20%-44%

Effekt einer 6-wöchigen Quercetin-Supplementierung (2 mg/g Diät) auf Körpergewicht, Plasma-Quercetin, Blutlipide und TNF-α in apoE3 und apoE4 transgenen Mäusen.

Nutritive Quelle für Flavonoide: Beispiel Tee – Inhaltsstoffe (% TM)

Frische Blätter Aufgussgrüner Tee schwarzer Tee

Coffein 4 3-6 3-6

Flavonole 2 2 1

Theaflavine 0 0 2-6

andere

Polyphenole 6 23

Theanin 4 3 3

Kalium 5 5 5Quelle: DGE

Catechine 30 30-42 3-10

Prevention of hepatic ischemia-reperfusion injury by green tea extract

Zhong et al, AJP 2002

Studie im Rattenmodell:

• Fütterung mit 0-0.3% Grüntee-Extrakt (GTE) 5 Tage vor einer hepatischen (warmen) Ischämie und Reperfusion

EGC

EGCG

Prevention of hepatic ischemia-reperfusion injury by green tea extract

Zhong et al, AJP 2002

Analytik (Auswahl):

• Freie Radikale (Galle)

• Monocyten/Makro-

phagen

• NF-κB, TNF-α

Prevention of hepatic ischemia-reperfusion injury by green tea extract

Zhong et al, AJP 2002

Schutz vor Anstieg der Monocyten bzw. Makrophagendurch GTE und EC (Leberproben)

immunohistochemicalstaining

sham 24h after I/R

0.1% GTE + I/R 0.085% EC – I/R

Intervention mit Flavonoiden -Beispiele

Quercetin

Catechine aus (Grün)Tee

Humanstudien

Egert et al. 2008, J Nutr 138:1615-21

• Randomisierte, doppelblinde Interventionsstudie im Paralleldesign

• Tägliche Einnahme von 50, 100 oder 150 mg Quercetin

• Supplementationsdauer: 2 Wochen

• Venöse Blutentnahmen zu Beginn und Ende der Supplementation

• Probanden: 36 stoffwechselgesunde Studierende (18 m, 18 w)BMI: 22,1 ± 2,2 kg/m2

Alter: 26 ± 3,7 JahreNichtraucher, keine Einnahme von Medikamenten/Supplementen

Effekte der Quercetin-Supplementationbei gesunden Probanden

Niedriger Inflammationsstatus(hs-CRP < 0,3 mg/L)

Egert et al. 2008, J Nutr 138:1615-21

Einfluss der Quercetin-Supplementation auf die Quercetin-Konzentration im Plasma

MW ± SEM

*** p<0,001 für den Vergleich Ende vs. Beginna b c p<0,05 für die Veränderungzwischen den Gruppen

Beginn Ende0

100

200

300

400

500

600

+422%

***

***

Plas

ma

Que

rcet

in (n

mol

/L)

Gruppe 50 mg/d Gruppe 100 mg/d Gruppe 150 mg/d

***

+195%

+765%

a

b

c

Signifikanter Dosis-abhängiger Anstieg der Quercetin-Konz.

Egert et al. 2008, J Nutr 138:1615-21

Kein Einfluss der Quercetin-Supplementation auf…

• Antioxidanzienstatus, Oxidation, Inflammation

α-, γ-Tocopherol

Harnsäure

Antioxidative Kapazität im Plasma (FRAP, ORAC, TEAC)

oxidiertes LDL, Paraoxonase-1

Tumor-Nekrose-Faktor-α (high sensitiv)

• Lipidstoffwechsel

Gesamt-, LDL-, HDL-Cholesterol, Triglyceride

• Ernährungszustand/Stoffwechsel

Körpergewicht, Taillenumfang, Fettmasse, Fettfreie Masse, Ruheenergieverbrauch

…bei stoffwechselgesunden, normalgewichtigen Studierenden

Egert et al. 2009, Br J Nutr 102:1065-74

Interventionsstudie bei Probanden mit einem Metabolischen Syndrom

ZielZiel:: Untersuchung der WirksamkeitWirksamkeit von Quercetin bei

Personen mit einem erherhööhten kardiovaskulhten kardiovaskuläären Risikoren Risiko

Einschlusskriterien: Einschlusskriterien:

• Alter: 25-65 Jahre

• Übergewicht (BMI: 25-35 kg/m2)

• Taillenumfang (w>80 cm, m>94 cm)

• Triglyceride (>150 mg/dL)

und/oder

C-reaktives Protein (>2,0 mg/L)

Ausschlusskriterien, u.a.:Ausschlusskriterien, u.a.:

• Rauchen

• Malabsorptionssyndrome

• chronisch entzündliche Erkrankungen

• stattgehabter Myocardinfarkt

• manifester Diabetes mellitus

• Einnahme von Supplementen

Pro-inflammatorischer Grundzustand

Egert et al. 2009, Br J Nutr 102:1065-74

Design

randomisiert, doppelblind, Placebo-kontrolliert, cross-over Täglich 3x2 Kapseln, Tagesdosis 150 mg Quercetin

Visite 1-4: Nüchtern-Blutentnahme, Ruhe-Blutdruck/-Puls,Taillenumfang, Körpergewicht/-zusammensetzung, Ernährungsprotokoll

Interventionsphase 1 6 Wo Placebo bzw. Quercetin

Interventionsphase 2 6 Wo Placebo bzw. Quercetin

Wash-out Phase5 Wo

Crossover

Visite 1 Visite 2 Visite 3 Visite 4

Egert et al. 2009, Br J Nutr 102:1065-74

Plas

ma

Que

rcet

in (n

mol

/L)

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Beginn EndeBeginn Ende Beginn EndeBeginn Ende

Quercetin

Placebo

Median

Interquartilsabstand

1,5 x Interquartilsabstand

***

***Δ Quercetin vs. Δ Placebo

Einfluss der Supplementation auf die Quercetin-Konzentration im Plasma

Egert et al. 2009, Br J Nutr 102:1065-74

Einfluss der Supplementation auf ox-LDL und die antioxidative Kapazität (ORAC)

0

200

400

600

800

1000

1200*

Plas

ma

ox-L

DL

(ng/

mL)

Beginn Ende

Placebo Quercetin

***a-20%

ox-LDL (n=93)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

OR

AC

val

ueBeginn Ende

Placebo Quercetin

ORAC (n=93)

*** p<0,001, * p<0,05 Ende vs. Beginna p<0,05 Δ Quercetin vs. Δ Placebo

MW ± SEM

Egert et al. 2009, Br J Nutr 102: 1065-74

Einfluss der Supplementation auf Biomarker der Inflammation

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Seru

m h

s-C

RP

(mg/

L)

Beginn Ende

Placebo Quercetin

hs-CRP (n=93)

MW ± SEM

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Seru

m h

s-TN

Fα

Beginn Ende

Placebo Quercetin

hs-TNFα (n=93)

****

*** p<0,001, * p<0,05 Ende vs. Beginn Schwacher anti-inflammatorischer Effekt, aber nicht signifikant unterschiedlich zu Placebo

Egert et al. 2009, Br J Nutr 102: 1065-74

Schlussfolgerungen

• Erreichte Endkonzentration an Quercetin im Plasma (~0,3 µmol/L) unter 6-wöchiger Supplementation von 150 mg/d (1,6 mg/kg KG) zu niedrig zur Erzielung eines anti-inflammatorischen Effektes beim Menschen

Zum Vergleich:

• Zellkultur-/Tiermodellstudien: Anti-inflammatorischer Effekt von Quercetin nachweisbar ab Quercetin-Konzentrationen > 1 µmol/L

Einfluss von Grünteekonsum auf inflammatorische Marker:Ergebnisse aus randomisierten, kontrollierten

InterventionsstudienAutor n Probanden Supplement/Tag Dauer

InterventionDesign Ergebnis

De Maatet al., 2000

43 GesundeRaucher

GT, 900 ml/d # (V1)GTP (V2)Wasser (K)

4 Wochen RCT, Parallel-gruppendesign

Ø V1, V2, KØ V1, V2, KØ V1, V2, KØ V1, V2, K

Fukionoet al., 2005

66 Prä-/Diabetiker

GT # (V)kein GT (K)

2 Monate RCTParallel-gruppendesign

Ø V, K

Ryuet al., 2006

25 DiabetikerTyp 2

GT, 900 ml/d (V)Wasser (K)

4 Wochen RCT,crossover

Ø V, KØ V, K

Alexopouloset al., 2008

14 GesundeRaucher/Nichtraucher

GT, 450 ml/d (V)Wasser, 450 ml/d (K)

Einmalig(Bolusgabe)

RCT,crossover

Ø V, KØ V, KØ V, K

Eichenbergeret al., 2008

10 GesundeNichtraucher,Sportler

900 ml GT/d # (V)Placebo (K); Gabe 2 h vorkörperlicher Aktivität

3 Wochen RCT,doppelblind,crossover

Ø V, KØ V, K

C: Catechin, CRP: C-reaktives Protein: Grüntee, d: Tag, EC: Epicatechin, ECG: Epicatechingallat, EGC: Epigallocatechin, EGCG: Epigallocatechingallat, Grünteeextrakt, GTP: Grünteepolyphenole, hs-CRP: high sensitive CRP, IL-1β: Interleukin-1β, IL-6: Interleukin-6, k: Kontrolle, k.A: keine Angaben, V: Verum; Ø keine Veränderung bzw. kein Effekt# GT hergestellt aus GTE + Wasser

Short- and long term black tea consumption reverses endothelial dysfunction in patients with

coronary heart diseaseDuffy et al, Circulation 2001

Patients: n=50 (39 male) with CAD; Boston MC

(>1 coronary stenosis; 55 ± 8 y, Ø BMI: 29.6)

Design: Cross-over monocentre study:

short-term (d1): 450 mL tea (freeze-dried) or water

long-term (4 w): 900 mL/d tea or water

usual diet; food-frequency questionnaire

Analyses: - vascular function assessment (ultrasound)

- biochemical analyses (incl. TAC)

- plasma catechins

Short- and long term black tea consumption reverses endothelial dysfunction in patients with

coronary heart diseaseDuffy et al, Circulation 2001

Effect of acute and chronic tea consumption on platelet aggregation in patients with CAD

Duffy et al, Arterioscler Thromb Vasc Biol 2001

• Effekt auf Endothelfunktion unabhängig von Koffein-Zufuhr (Vergleichsstudie mit oraler Koffeinzufuhr)

Biochemische Parameter:

• Plasma Catechin-Konz:

• Total antioxidant capacity: ↑

Bae et al. 2009, J Am Coll Nutr. 28: 56-62

Interventionsstudie mit Quercetin bei Patienten mit rheumatoider Arthritis (RA)

• Randomisiert, placebo-kontrolliert, doppelblind, crossover• 20 Patienten mit diagnostizierter RA• Jeweils 3 Wochen Supplementation, 2 Wochen wash-out• 3 Supplementationsgruppen:

Quercetin (500 mg/d) plus Vitamin C (400 mg/d)Alpha-Liponsäure (900 mg/d)Placebo

• Zielgrößen: Biomarker der Inflammation (Blut)Schwere der Erkrankung (Fragebogen)

Bae et al. 2009, J Am Coll Nutr. 28: 56-62

Kein signifikanter Effekt der Supplementation auf

• Tumor-Nekrose-Faktor-α

• Interleukin-1β

• Interleukin-6

• C-reaktives Protein

• Schwere der Erkrankung

Fazit• Antiinflammatorische Wirkung von Flavonoiden ist in

vitro vertrauenswürdig nachweisbar.

• Interventionsstudien an gesunden Probanden zeigen keine Wirkungen.

• Interventionsstudien bei Probanden/Patienten mit „low grade“ chronischer Inflammation sind nicht eindeutig.

Mögliche Erklärung:

• Die durch die Aufnahme von Lebensmitteln bzw. Supplementen zu erreichende Plasma-Konzentration von Flavonoiden reicht möglicherweise nicht aus, inflammatorische Prozesse zu beeinflussen.

für ihre Aufmerksamkeit !

Many thanks for your attention!